JP4308910B2 - ガラス炉内のＮＯｘ排出物を減少する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明はガラス製造炉、特に“浮動”型の平坦なガラスの製造に用いられる炉に関し、またさらに詳細には炉から放出されるガス流出物中のＮＯ_X排出物を減少しようとする方法と装置に関する。
【０００２】
燃焼煙中のＮＯ_X排出物は特にこの点に関し基準が増々強く要求されるようになっている事実のため、できるだけ大きく制限することがガラス製造炉の製造上重要なことである。これらの排出物はしたがって、公知の方法では許されない又はその有益性を損うところまで許される限界の５００ｍｇ／ｍ³のＮＯ_Xまでを限度とすべきである。
【０００３】
ＮＯ_Xガスの形成に影響を及ぼす要因は知られている。これら要因は本質的に、排出物が１３００℃以上で指数関数的に増大するため温度であり、又はＮＯ_Xガスが酸素濃度の平方根もしくはＮ₂の濃度に依存するため過剰空気である。
【０００４】
公知の方法は還元剤を排出ガスに作用させることによりＮＯ_Xガスが窒素に変換されるようにすることにある。この還元剤はアンモニアとすることができるが、このような物質の貯蔵と取扱い上の欠点が知られている。また還元剤として天然ガスを用いることも可能であるが、炉を損傷するという問題がある。
【０００５】
したがってこれらの方法を避けることが好ましいと考えられ、いわゆる基本的方法、例えば過剰燃焼空気を減少させることにより火炎自体の中でＮＯ_Xの形成するのを阻止する方法を採用することがすでに考えられている。これを行うため、再生用熱交換器に流入する熱空気を制限しそしてシールされていない炉の燃料噴射器の周りの導入される冷却空気の吸込みをなくし又は減少させることが行われた。したがって燃料噴射圧力を増大させることにより噴霧される主要空気を減少することができる。この目的のため、再生熱交換器室の中の過剰酸素の連続制御をもたらしまた適当な燃料噴射器を用いることが必要である。しかし、得られた結果は依然として不十分であり上記の比率は容易に達成することができない。
【０００６】
もう１つの基本的な方法は温度に作用することにある。したがって、炉の最高温度を低下させるために燃料の分配を変更するか又は放出煙道内の未燃焼ガスの出現の限度に適合するよう燃料の運動量を減少させるため適当な燃料噴射器を取付けることが意図される。また空気以外の噴霧剤、例えばこれが利用できる時は水蒸気を用いることもできる。
【０００７】
これらの基本的な方法は一定の目的を達成することができないので、本発明によれば１つの方法と装置が考え出され、これにより前記公知の各基本的な方法によって得られた効果が組合され、すなわち本発明はまず第１に温度の最高点を制限しまた一方において火炎の長さを維持し温度を低下させるため火炎最前部の容量を増大させることに成功した。さらにまた、燃料と酸化剤とによる燃焼の段階化が得られる。最後に、炉の最高温度で１００％の酸素を含有する火炎を使用するのを意図するのが有利である。
【０００８】
本発明の１つの主題はしたがって、ガラスを溶融するための燃焼方法からなり、燃料と酸化剤とが共に供給され燃料と酸化剤との接触を十分な時間引き延ばし及び／又はこの目的でこの接触の容量を増大させ、特に温度の最高点を制限しまたＮＯ_Xガスの排出量を減少させるものである。
【０００９】
本発明の主題はまた特に可逆様式で作動する平坦なガラス製造のための炉型のガラス製造炉にあり、この炉は請求項１に記載の方法を実施するものでありまたその側面の少なくとも一方に、
・空気取入れ口の形式の主酸化剤供給手段と
・空気取入れ口の下側に配設された複数のガス又は燃料噴射器の形式の主燃料供給手段と
・前記酸化剤と前記燃料との間の接触を遅らせる手段
とが設けられている。
【００１０】
事実、本発明は酸化剤と燃料との間の接触を遅らせまた妨げ又は時間を引き延ばすことができるようにする種々の炉の構造を必要とする。
【００１１】
第１の実施態様によれば、酸化剤と燃料との間の接触を遅らせる手段は燃焼に関しては不活性である“緩衝”ガスのための少なくとも１つの噴射器を具備し、この噴射器は主燃料供給手段の噴射器の上方の空気取入れ口又は前記取入れ口の近くに配設されている。
【００１２】
“緩衝”ガスは特にＣＯ₂型のガスである。しかしガラス炉から放出される燃焼ガス／ガス状排出物／煙を用いることがまた有利でありまたしたがってこれらのガス及びガス状排出物や煙を例えば煙突の基部から排出することにより、少なくとも一部を再循環させることができる。
【００１３】
したがって燃焼物に活性で包含されないように選択されたこのガスが主燃料と酸化剤噴射領域との間に噴射され炉の中心に向う火炎のさらなる発生を“押し返す”ようにし、この火炎はしたがってさらに拡散されより広くなり、そのため炉の中に良好な温度の均一性をもたらし、これが実際にＮＯ_Xガスを減少させるのにより適合した動作となる。
【００１４】
第２の実施態様によれば、酸化剤と燃料との間の接触を遅らせる手段は、主燃料供給手段の噴射器の上方の空気取入れ口に又はこの取入れ口の近くに配設された少なくとも１つのガス又は燃料の噴射器の形式の第２の燃料供給手段である。
【００１５】
事実、この実施態様による本発明は、以下に説明される適当な特性を有するこれら第２の燃料噴射器が限られた方法で空気の取入れ口から流出する空気の流れの中の酸素と反応する燃料を放出しそれにより主として他の噴射器により供給される燃料から空気の流れを一時的に断縁する煙の事実上不活性の覆いを生じるようにするという意味で、緩衝ガスを“本来の場所”に発生させるようにする。好ましくは、第２の噴射器は空気取入れ口の側壁に又は空気取入れ口から保護された煙突の基部に作られた特に水平の段部のほぼ垂直の壁に設けられる。これらの噴射器は“主”噴射器にほぼ平行に配設され、それによりこの２つの型の噴射器により発生された燃料の噴流がほぼ平行となり又は集中するようになる。“第２”の噴射器が“主”噴射器とほぼ直角となるように配設されるよう選択しそれにより燃料の噴流が常時ほぼ重ねられるようにするがこれら噴流がまた噴射器が上記の段部にあるような場合にはほぼ直角となるようにすることもできる。
【００１６】
第２の噴射器による燃料の噴出が空気の流れから“保護”されるという事実は低い運動量の火炎を生じるようにするのに有利である。
【００１７】
同様に、これらの燃料噴出が主噴射器に直角でありまた事実上空気の取入れ口から流出する空気の流れに直角であるという事実は、適当な煙の層を形成することのできる低い運動量の火炎を生じるような動作である。
【００１８】
また同一の情況の範囲内で主噴射器（主燃料供給手段の噴射器）が“第２”の噴射器から流出するよりも著しく高い分配量と速度とで燃料を発射することが好ましい。したがって、主噴射器から放出する燃料の速度（例えば４０から６０ｍ／ｓ）が第２の噴射器から放出する燃料の速度（例えば２から１０ｍ／ｓ）よりも少なくとも３倍大きいのが好ましい。
【００１９】
同様に、第２の噴射器により放出される燃料の分配量が炉に供給される燃料の全分配量の僅か約５から３０％であることが好ましい。
【００２０】
本発明の炉はさらにまた燃焼ができるだけ段階的に行われるように酸化剤の供給源の数を増す手段を具備しそれにより酸化剤と燃料との間の接触の容量を増すようにすることができる。これは少なくとも１つの酸素ランス（やり状物）又は少なくとも１つの空気入口から選択された第２の酸化剤供給手段の形式であり、酸素ランスが最も簡単な方法である。
【００２１】
酸素ランス（又は空気入口）は燃焼に関与するように構成しなければならない。したがってこれを“主”燃料噴射器の近くに、特にその下側に密接して、又は同じ高さに配置するのが好ましい。主噴射器がしたがってほぼ１つの平面上に整列して設けられた場合には、これら燃料噴射器を酸素ランスに替えることができる。この場合には、所望の燃焼段階を得るため、主空気取入れ口からの空気分配量を調節しそれにより燃焼が酸素についてほぼ理論酸素量となるようにし、酸素ランス（又は空気入口）が酸素含有量を最高とし燃料の完全な燃焼を保証するのが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の炉はまた溶融ガラスの浴槽の表面を還元雰囲気と接触しないよう保護する手段を具備し、この保護手段は前記表面の上方の近くの少なくとも１つの酸素ランス又は少なくとも１つの空気入口の形式とすることができる。このため、酸素ランス又は空気入口は前の場合と比べて実際には燃焼に関与するように構成されていない。そして空気取入れ口の形式の主酸化剤供給手段は酸素を理論酸素量で分配し燃料の最大燃焼を保証するよう調節されるのが好ましい。
【００２３】
事実、これらの酸素ランス又は空気入口はガラスの浴槽の上方に恒久的な酸化（非還元）環境をつくり出す作用をし、少量の分配と比較的高い速度の小量の酸素又は空気のみを必要とする簡単な“被覆作用”によりガラスの劣化するのを防止する。
【００２４】
有利には、上記したこれらの様々な酸素又は空気入口の使用は溶融ガラスを保護するために、その数が燃焼室の“上流側”部分から“下流側”部分へと増大するようになっており、したがって炉にガラス成形器を設ける領域の最上流個所に前記入口の１つを置くことが必ずしも必要ではなく、これら入口の数は燃焼室に沿って次第に増すようにすることができる。好ましくはこれら酸素又は空気入口の１つが燃焼室の最も“上流側”の領域に設けられ、ここで溶融ガラスの浴槽が非溶融ガラス成形器の“覆い”で被覆され、複数の酸素又は空気入口は最も”下流側”の領域にのみ用いられ、ここではガラスの浴槽は、均一で燃焼室の長手方向軸線に関し対称の分布のこの“覆い”によって保護されることはない。
【００２５】
好ましくは、本発明は、可逆様式で作動し、炉の長手方向軸線に関し実質的に軸対称で上記の種々のガス／酸化剤／燃焼供給手段を配置している炉に適用する。
【００２６】
本発明はしたがって特にガラス製造炉のＮＯ_X排出物を減少する装置からなり、炉の燃焼室には炉の側方から燃料と酸化剤が供給され、前記装置において前記炉には側方の口から流入する酸化剤の空気の流れのもとに配設された第１の組の燃料噴射器が設けられた少なくとも１つのバーナーと、空気取入れ口又はその近くに配設された少なくとも１つのガス噴射器とが取付けられ、少なくとも１つの酸素噴射ランスがガラスの浴槽の直上に燃焼ガスの噴流のもとに設けられる。空気取入れ口又はその近くの第２の形式のガス噴射器による燃料供給の分配量は燃料の全分配量の約５から３０％である。
【００２７】
本発明の一実施態様によれば、バーナーには空気の流れの中央部に、空気取入れ口の１つ又は複数の側壁に配置された少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの側部噴射器が設けられる。この１つ又は複数の噴射器は第１の組の噴射器の軸線に向って収れんするように配置される。
【００２８】
変更例として、噴射器は空気の流れから遮蔽されたバーナーの煙道の段部の垂直部分に配置される。
【００２９】
本発明の他の特徴によれば、バーナーの煙道の垂直段部に配置された側部噴射器は緩衝ガスを噴射するのに用いることのできるノズルからなっている。同じ段部に、側部燃料噴射器の近くに緩衝ガス噴射ノズルを設け緩衝ガスの噴射と燃料の噴射とを組合わせるようにすることもできる。
【００３０】
本発明の他の特徴と利点は添付図面を参照する限定されない実施態様の以下の記載から明らかとなるであろう。
【００３１】
図１はガラス製造炉１を略図式に示し、ガラス３の浴槽の上方に内部燃焼室２を有し、この燃焼室は炉の側方から燃料と酸化剤が供給される。
【００３２】
炉は浮動型の平坦なガラスを製造する炉である。この炉は軸方向に対称でありまた公知のように２つの側部再生用熱交換器が取付けられている。
【００３３】
側部の口（ポート）４を介して吹き込まれる空気が炉の内部に破線５で表わされた空気の流れを生じる。
【００３４】
炉には２組の噴射器、すなわち空気の流れの下側に配設されたガス又は燃料噴射器６と空気取入れ口４の側壁に、したがって空気の流れの中央部に配設された側部ガス噴射器７とが設けられ、ガス噴射器は図２にさらに明瞭に見られるように第１の噴射器６の軸線８に向って収れんするように配置されている。噴射器６の下側に燃焼性のガスの噴流のもとに酸素を噴射するランス（やり状の部材）９が配設され、酸素はガラス３の浴槽の上に噴射される。図１はガラスに密接したランスを示しているが、しかしこれらランスは図示のものよりは少し高くすることができる。
【００３５】
噴射器７はバーナーの側壁を介して全分配量の約５から３０％の燃料の小さな部分を発射する。主な火炎はしたがってポート４から流入する過剰の空気と共に炉の中に広がる。しかし、その温度はＮＯ_Xガスを最小にするのに十分に低くなっている。この主火炎からの煙は空気５の流れの下側に配設された噴射器６から発する燃料の噴流に到達する前に残りの空気と混合される。発射された第２の火炎は空気と煙の混合物の中に広がり、これがまたＮＯ_Xガスを減少させる。これが緩衝ガスが“本来の場所”に発生される上記した実施態様である。
【００３６】
さらに、バーナー煙道を経て到着する酸化空気の分配量は必要とされる理論的分配量よりも少なく、また第２の火炎はそれ自体が空気が不足しそのため局部的に酸素が欠乏しその結果ＮＯ_Xが少なくなる。噴射器７によって発射される燃料の収れんする角度に対し、燃料の速度に近い速度でガラスの浴槽の上方に酸素を噴射するランス９の作用は酸素／燃料の混合の領域を炉の中にさらに若干移動させそれにより火炎の根元の温度を低下することができるようにすることであり、これがＮＯ_Xガスを減じる動作である。事実この場合、ランス９はガラスの直ぐ近くにありそしてガラス３の浴槽に密接して酸化雰囲気をつくり出し、これが特に高品質の酸化ガラスにとって必要であり、それにより薄い色合についての雰囲気を過剰に減少する作用をなくしガラスを純化する。ランスに燃焼中活動的な役割りを演じさせることが必要であったならば、ランスを噴射器６が位置する平面の近くにさらに高い位置に設けるのが好ましく、この場合ランスを支持領域に置くか又は一定数の燃料噴射器（６）を酸素ランスと“取替える”ようにする。
【００３７】
空気５の流れとランス９とによって与えられる酸素の全分配量は理論的燃焼に必要とされる最小量に近くそれより低い値となるよう調節される。
【００３８】
図３に示される段階的燃焼の他の実施態様において、側部噴射器７はバーナー煙道の段部10の垂直部分に置かれたまたその結果空気５の流れから遮蔽される。これら噴射器７は中間の噴射器６による燃料噴射の方向に近い方向に燃料を発射するように配設される。噴射器７は破線で示されるように直角方向に配置されるが、何時も噴射器６が位置する平面より上方にある。側部噴射器７は図示のように段部10の前方部分に置くことができ、又は変更例（図示しない）として、前記段部の側方部分に置くことができる。燃焼は遅らされまた火炎の根元の温度は低下される。前の場合におけるように、噴射器は炉の軸線に向って収れんするような位置とすることができる。図４は図３と同じ構造であるが、段部10の垂直部分にガス噴射器７の代わりにＣＯ₂のような緩衝ガスを噴射するノズル11が設けられ、この目的は空気／燃焼の混合を遅らせそのため火炎の根元の温度を下げるのが助長されるようにすることである。
【００３９】
図５は段階的燃焼と緩衝ガスの噴射とが組合わされたさらに他の構造を示す。したがって、段部10の垂直部分に緩衝ガス噴射ノズル11が、また噴射ノズルの下側に燃焼ガス噴射器７が設けられる。
【００４０】
緩衝ガスは、燃料噴射器が緩衝ガスノズルに平行となるように配置されたとき燃料の速度に近い速度でノズル11により噴射される。図示しない他の実施態様によれば、この緩衝ガスは各燃料噴射器の周りの環状チューブにより噴射することができる。
【００４１】
図示された全ての場合に、ランス９による酸素の噴射は火炎の根元の近くに還元雰囲気を有するという危険を生じることなく、燃料噴射の上方への傾斜を減少することを可能にする。
【００４２】
段階的燃焼装置のための上記した炉はしたがって、最良の条件のもとにガラスの薄い色合いに不利益な還元燃焼を有する危険なしに発射されるＮＯ_Xを減少させる、いくつかの基本的手段を組合わせることを可能にする。
【００４３】
本発明の方法と装置は高品質のガラス、特に浮動工程を用いる平坦なガラスの製造に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】２組の噴射器と酸素噴射ランスが取付けられたガラス製造炉の部分概略垂直断面図である。
【図２】側部噴射器の配列を示す水平切断部分図である。
【図３】図１に示される炉の他の実施態様の図である。
【図４】バーナー煙道の垂直段部の異なる実施態様の部分図である。
【図５】バーナー煙道の垂直段部の異なる実施態様の部分図である。

Claims (14)

1. 溶融ガラスのための燃焼方法であって、燃料と酸化剤とが供給され、ある時間にわたって燃料と酸化剤との接触を引き延ばし及び／又は温度の最高点を制限しＮＯ_Xの排出を減少させるため前記接触の容量を増大させるようにする燃焼方法を実施するための、平坦ガラスを製造するための炉型式のガラス製造炉であって、
   側部の少なくとも一方に、
   空気取入れ口（４）の形式の主酸化剤供給手段と、
   空気取入れ口（４）の下側に配設された燃料噴射器（６）の形式の主燃料供給手段と、が設けられ、
   前記酸化剤と前記燃料との間の接触を遅らせるための緩衝ガスがもたらされ、
   前記緩衝ガスは燃焼に関して不活性であり、前記緩衝ガスのための少なくとも１つの噴射器（１１）を具備し、該噴射器が主燃料供給手段の噴射器（６）の上方の空気取入れ口（４）に又はその近くに配置されていることを特徴とするガラス製造炉。
2. 前記緩衝ガスのための噴射器（１１）にはＣＯ₂型の不活性ガス及び／又は前記炉から放出される煙とガスの再循環から発生する不活性ガスが供給されることを特徴とする請求項１に記載の炉。
3. さらなる燃料噴射器（７）が、主燃料供給手段の噴射器（６）の上方の空気取入れ口（４）に又はその近くに配設されていることを特徴とする請求項１に記載の炉。
4. さらなる燃料噴射器（７）が、主燃料供給手段の噴射器（６）の軸線（８）に向って収れんするよう空気取入れ口（４）の側壁に又は空気取入れ口（４）から遮蔽された段部（10）のほぼ垂直の壁に、位置していることを特徴とする請求項１から３のうちの１項に記載の炉。
5. 前記緩衝ガスのための噴射器（１１）が主燃料供給手段の噴射器（６）にほぼ平行となるように配置されている請求項４に記載の炉。
6. 前記緩衝ガスのための噴射器（１１）が主燃料供給手段の噴射器（６）にほぼ直角となるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の炉。
7. 主燃料供給手段の噴射器（６）が酸化剤と燃料との間の接触を遅らせるための前記緩衝ガスの噴射器（１１）によって発射されるガスの速度より少なくとも３倍大きい速度で燃料を発射することを特徴とする請求項１から６のうちの１項に記載の炉。
8. 少なくとも１つの酸素ランス（９）又は少なくとも１つの空気入口から選択された第２の酸化剤供給手段により燃焼を段階的に行い及び／又は酸化剤と燃料との間の接触の容量を増大させる手段をさらに具備していることを特徴とする請求項１から７のうちの１項に記載の炉。
9. 第２の酸化剤供給手段が主燃料供給手段の噴射器（６）とほぼ同じ高さに配設された複数の酸素ランス（９）を具備していることを特徴とする請求項８に記載の炉。
10. 主酸化剤供給手段（４）が全ての燃料の燃焼を保証するため酸素についてはほぼ理論的酸素量であることを特徴とする請求項８又は９に記載の炉。
11. 燃焼室の上流側部分から下流側部分へと数が増大する側部空気入口又は酸素ランス（９）が取付けられていることを特徴とする請求項８から１０のうちの１項に記載の炉。
12. 可逆様式で作動し、軸対称であることを特徴とする請求項１から１１のうちの１項に記載の炉。
13. 溶融ガラスの浴槽の表面の付近の少なくとも１つの酸素ランス（９）又は少なくとも１つの空気入口の形式の、前記表面を還元雰囲気と接触しないよう保護する手段をさらに具備していることを特徴とする請求項１から１２のうちの１項に記載の炉。
14. 請求項１から１３のうちの１項に記載の炉においてガラスを溶融することを特徴とする平坦ガラスを製造するための方法。

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